電子發燒友網報道（文/周凱揚）對于近幾年推出的HPC系統來說，高能效已經成了大家無法規避的話題，就連TOP500上的超算，比如排名第一的超級計算機，美國能源部下屬國家實驗室的Frontier系統，也憑借單機柜原型機在GREEN500能效榜上拿下第一，整個系統拿下了第二的成績。與十多年前的那些HPC系統相比，現在的設計不僅是在性能上不可同日而語，連能效比也提升了百倍以上。

能做到如此高的能效，除了CPU、GPU本身的設計外，也要歸功于先進的冷卻系統和電源管理。對于已經走向多核異構時代的HPC系統而言，系統級別的電源與熱管理尤為重要，而且還得做到精心調校、針對負載進行智能調整的動態電源管理。

已有的電源控制器方案

針對不同的CPU系統，市面上已經有了不少商用電源控制器，比如英特爾的CPU有用于C-States管理的電源控制單元（PCU），ARM有幫助應用處理器卸載電源與系統管理任務的系統控制處理器（SCP）和可管理控制處理器（MCP），AMD有采集傳感數據進行快速調整的系統管理單元（SMU），IBM的Power處理器有片上控制器（OCC）等。

然而，不少已有的方案都是基于單核心的MCU打造的，在面對單片核心數越來越多以及逐漸普及的Chiplet設計時，這些方案就因為缺乏擴展性而顯得力不從心了。除此之外，主辦的尺寸、布局和成本的因素，進一步限制了HPC處理器本身的片上電源管理。正因如此，在擁有龐大核心數量的HPC系統上，我們需要一個可擴展的控制器方案。

在這些要求下，瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH）的集成系統實驗室就基于開源的RISC-V架構，打造了這樣一個擁有并行控制規則計算加速的電源控制器IP——ControlPULP。

可擴展的電源控制器

ControlPULP采用了九核的設計，一個單核管理器核心，和8核的加速器簇來加速電源控制固件的工作負載，而這九個核心全部基于CV32E40P，這是一個32位4級流水線的RISC-V開源核心，由瑞士蘇黎世聯邦理工學院和意大利博羅尼亞大學合作的PULP平臺維護，他們也將CV32E40P捐獻給了開放硬件聯盟OpenHW。

此外，ControlPULP集成了一個直接內存訪問引擎，用于獲取片上傳感器的數據，還有一個uDMA引擎，用于支持基于標準電源管理接口（比如電壓調節總線AVSBUS/PMBUS）的片外外圍設備以及通過I2C或MTCP協議的BMC通信。至于底層控制策略的調度，則靠PULP平臺自己開發的開源FreeRTOS來實現。

在其電源控制策略中，ControlPULP主要負責兩大主要控制任務，一個是定期控制任務，一個是電源控制任務。定期控制任務結合溫度傳感器、功耗傳感器內的數據，以及目標頻率、預期負載和總功耗預算等數據，來進行電源調度和熱管理。電源控制任務則是通過PMBUS/AVSBUS獲得的電壓軌功耗和BMC通信來完成快速電源控制。

根據他們測試的結果，這種多核加速器簇的結構相較過去的單核方案來說，在控制策略的執行速度上快了5倍，而且集成在HPC處理器中并不會占用多大的面積。他們在格芯的GF22FDX工藝下得到的綜合結果中，ControlPULP所占處理器面積甚至不到百分之一。

開源電源控制器的未來

ControlPULP作為一個軟硬件完全開源的集成IP方案，不少人擔心是否真的會有人將其投入商用，事實上，這樣的案例已經快要面世了。根據ETH透露，歐洲處理器計劃（EPI）的先行者，法國企業SiPearl的E級HPC芯片，72核的Rhea處理器就將集成ControlPULP。

不過，這還只是ControlPULP邁出的第一步，未來PULP團隊還計算完成65nm的流片來進一步開展硬件驗證，并探索更先進的預測性電源控制策略。但不管怎么說，這都是首個RISC-V的HPC電源控制器方案，RISC-V在HPC市場也需要更多的亮相，而不僅僅只是作為加速器。